Para a comunicação com o osciloscópio para a aquisição das formas de ensaio, diversas maneiras são possíveis, sendo que algumas não são muito práticas. Como primeira alternativa, pode-se fazer a transferência das formas oriundas dos ensaios por meio de unidades de armazenamento USB, onde, a cada aplicação, as formas são gravadas no dispositivo por meio de arquivos CSV (comma separed value).
Nesse formato, os dados são armazenados como texto, com cada linha do arquivo representando uma aquisição e as informações de tempo e dos valores de tensão dos diversos canais do equipamento inseridas em ordem e separadas. No caso do DPO4034, o formato numérico é o americano, com as casas decimais separadas por pontos e a notação de ponto flutuante. O separador utilizado é a vírgula.
Os dados podem ser abertos em um programa de planilha, como o Microsoft Excel®. Na versão em português, como as casas decimais são separadas por vírgula, o separador padrão de um arquivo em formato CSV é o ponto-e-vírgula. Para a abertura dos arquivos de dados no programa citado, é necessária uma conversão entre os formatos por meio da ferramenta de substituição de um editor de textos, como o bloco de notas, ou fazendo uso da ferramenta de conversão integrada no Microsoft Excel®.
Nas versões posteriores do programa de planilha, há um limite de 1.048.576 linhas, o que permite trabalhar com os principais dados numéricos obtidos por meio do equipamento, haja vista que a configuração de 10 milhões de pontos não é adequada à utilização, por causa da taxa máxima de amostragem de 2,5 GSps. Entretanto, nas versões anteriores, pouco mais de 64.000 linhas eram permitidas, o que não possibilitava a abertura de arquivos com grande volume de informações.
O método de transferência por USB traz o inconveniente de não permitir a aquisição durante o procedimento de ensaio e inserir uma etapa adicional, propensa a erros. Tal método
é inconveniente e o sistema desenvolvido, apesar de permitir a abertura dos arquivos de dados vindos de um dispositivo USB não pode oferecer apenas esse tipo de transferência de dados.
O equipamento possui uma página de controle via web, denominada e*Scope e acessível por qualquer navegador de internet. Os equipamentos de outros fabricantes e modelos avaliados possuem recurso similar. Basta configurar os endereços de rede do equipamento e, a partir do momento que o mesmo está conectado à rede, acessar a página do instrumento de qualquer navegador. Pode-se pela página adquirir a tela do equipamento ou os arquivos de dados numéricos armazenados na memória do equipamento.
Apesar de conveniente o uso da página para ter acesso às configurações, o desempenho da abordagem para a aquisição de uma forma de onda com um milhão de amostras não é adequada. Vários minutos são necessários para a transferência de mais de um canal por essa abordagem, o que torna o seu uso inadequado durante um ensaio de impulso atmosférico.
A solução utilizada foi o acesso direto à memória do instrumento por meio da biblioteca TekVisa®, fornecida pelo fabricante do equipamento. Esta biblioteca permite a comunicação com o instrumento por meio de mensagens de comando, que seguem o estilo da comunicação IEEE488.
Fisicamente é necessária a ligação do cabo Ethernet e a configuração do equipamento em uma rede TCP/IP padrão, como o requerido para a comunicação por meio da página do instrumento. A biblioteca fornece uma série de funções lógicas que emulam a comunicação via GPIB, como a procura por dispositivos, a abertura de um canal de comunicações e a decodificação de uma série de mensagens, comuns a dispositivos de diversos fabricantes.
Uma alternativa à aplicação direta da biblioteca TekVisa® é o uso de um instrumento virtual IVI, a partir do software da IVI Foundation™. Trata-se de uma biblioteca que tem a proposta de ser independente do fornecedor e permite a comunicação com o equipamento, mas foi descartada por motivos de desempenho.
Junto com o pacote TekVisa®, a Tektronix fornece documentação e código-fonte exemplo para a interface por meio de código C. Também está disponível uma interface ActiveX para a comunicação em alto nível com o instrumento em linguagens que suportam essa comunicação e uma barra de tarefas pronta para a comunicação direta do equipamento com o Microsoft Word® ou Microsoft Excel®.
A biblioteca de comunicação desenvolvida para a aquisição das formas de impulso teve com base os códigos-exemplo fornecidos com a biblioteca em C e a documentação. O procedimento é estabelecer um canal de comunicação e mandar uma série de comandos ao
dispositivo, adquirindo a cada solicitação os valores de tempo inicial, incremento de tempo, offset da tensão, multiplicador de tensão, o número de amostras e, por fim, um vetor com as informações dos valores de tensão com o comprimento especificado e os valores representados por um número inteiro codificado com sinal.
Com os dados brutos da memória, é necessária uma conversão para números em ponto-flutuante a serem utilizados pelo programa, com os dados adquiridos. A alocação de memória e as conversões devidas foram implementadas por meio da biblioteca elaborada. A mesma se apresenta como uma interface DLL, onde estão disponíveis funções pertinentes que podem ser chamadas para a aquisição dos dados, fornecendo-se o endereço do instrumento e o número do canal. A biblioteca desenvolvida pode ser chamada por meio da linguagem C# por meio do "pinvoke", que é a interface entre um código nativo, como o desenvolvido, com o restante do código do programa, desenvolvido para a plataforma .NET.
Com o desenvolvimento da biblioteca, houve um enorme ganho de desempenho na aquisição dos dados da memória do equipamento. Pode-se adquirir em poucos segundos as informações dos canais referentes à tensão e corrente em uma única etapa, sendo que a operação anteriormente levava cerca de 2 minutos e devia ser feita canal a canal, de forma trabalhosa.
Também permite a implementação futura do monitoramento do status do dispositivo e a aquisição automática das formas do impulso, bem como o ajuste das opções de configuração do dispositivo e o auxílio ao processo do ajuste de tempos de frente e cauda da onda.
Os arquivos CSV gerados pelo osciloscópio para o armazenamento das formas dos impulsos não são uma forma eficiente de armazenamento das informações provenientes do ensaio. Ao se utilizar os menus do equipamento para se armazenar os dados nesse formato, apenas é possível o armazenamento de um canal por arquivo.
Os valores sucessivos de tempo e tensão são escritos linha a linha, na forma de um número decimal, codificado em ASCII. Para um impulso de 1 milhão de pontos, tamanho definido como o necessário para o processamento das informações, o arquivo CSV tem o tamanho aproximado de 15 a 17 megabytes. O armazenamento de dois canais demandaria, portanto, o dobro do espaço em disco.
Considerando que são efetuadas diversas aplicações impulsivas em cada bucha do transformador, um ensaio completo demanda centenas de megabytes de armazenamento nesse formato. Um laboratório que efetue dezenas de ensaios por mês rapidamente esgotaria a capacidade de armazenamento de um disco rígido, o que traria problemas, demandando toda uma logística para se permitir auditar os dados regressos com confiabilidade.
A ineficiência dessa forma de armazenamento também se mostra nas operações de carregamento e salvamento dos impulsos, que demandam operações de leitura e escrita de grande volume de informações. Um formato compacto, mesmo que demande mais processamento para essas operações, traria mais velocidade.
Desse modo, em adição às rotinas de comunicação, foram implementadas rotinas de armazenamento e extração de dados de um formato mais compacto, que tem por base o formato de dados entregue pela biblioteca do equipamento.
Essas rotinas geram e recebem um formato binário de dados que contém o comprimento da gravação, os valores iniciais e incremento para os vetores de tempo, os valores iniciais e de incremento para os vetores de tensão, e os vetores de dados, de 8 bits tanto para o canal de tensão quanto para o canal de corrente.
Apenas com o armazenamento binário, em detrimento à codificação decimal em um arquivo ASCII já é possível um grande ganho de espaço de armazenamento e velocidade nas operações de leitura e escrita dos arquivos.
Para o código final, adicionalmente, o fluxo de dados binário é submetido a uma compressão com o uso da biblioteca "zlib", que é responsável por compactar o fluxo de dados sem a perda de informações. A biblioteca utilizada é de código aberto e de domínio público, sendo facilmente encontrada na internet e é incluída em diversos programas e formatos de arquivo.
Com todas essas modificações, um arquivo de 450 kb em média consegue armazenar tanto os impulsos de tensão quanto os de corrente referentes a um ensaio, possibilitando um ganho de espaço de mais de 70 vezes na maioria dos casos e viabilizando o armazenamento dos dados brutos, o que facilita a auditoria do sistema.
As ferramentas de conversão de/para o formato binário foram desenvolvidas em MATLAB® e em C, visando à incorporação no programa. No caso dos dados já estarem disponíveis em formato CSV, são feitas verificações para assegurar que todos os dados de entrada podem ser representador por meio de um valor inteiro de 8 bits, requisito para o processo de armazenamento/compressão.
4 Resultados e detalhes da implementação do programa
de análise
A Figura 16 sintetiza, em linhas gerais, o procedimento de análise do software desenvolvido. Ele avalia basicamente dois tipos de não conformidades, aqui denominadas análise de amplitude e análise de frequência.
Figura 16 - Fluxograma geral do sistema desenvolvido. INICIAR PROGRAMA ABRIR ARQUIVOS DE DADOS? SIM NÃO FILTRO DE MÉDIA MÓVEL ANÁLISE DE AMPLITUDE NÃO-CONFORMIDADE NA AMPLITUDE? NÃO NÃO-CONFORMIDADE NA FREQUÊNCIA? SIM SIM IMPRIME CURVAS NA TELA GERAR RELATÓRIO DO ENSAIO? EXIBIR RELATÓRIO DE ENSAIO? INSERIR DADOS DO TRANSFORMADOR
EXIBE AVISO NA TELA
NÃO
SIM
NÃO EXIBE RELATÓRIO DE
ENSAIO
EXIBE AVISO NA TELA
SIM
O programa também contempla um cadastro de transformadores, onde os principais dados do equipamento podem ser inseridos, armazenados e consultados. Propicia maior organização das informações e facilidade de consulta/auditoria, haja vista que todos os resultados de ensaio estão associados ao cadastro do transformador.
Para o desenvolvimento, um esqueleto foi elaborado em MATLAB®, para agilizar a aplicação da metodologia, enquanto que o resultado final foi implementado por meio da linguagem C#, fazendo-se uso do Visual Studio e a plataforma .NET, da Microsoft©.